化学工程师发现一些细菌抵抗威胁

细菌是隐秘的生物。它们可以在几分钟内繁殖，并随着我们对它们的投入而生存 - 包括抗生素。世界卫生组织称抗生素耐药性是“当今全球健康，粮食安全和发展面临的最大威胁之一”。根据美国疾病控制中心的数据，每年约有200万人在美国感染抗生素耐药细菌。这些感染很难治疗，而且越来越致命。面对这种威胁，科学家们想要弄清楚细菌是如何进化的。

来自特拉华大学和加利福尼亚大学圣地亚哥分校的一个团队最近发现了关于大肠杆菌如何在应对危及生命的挑战中发生变异的新见解。他们的研究结果发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上。

一种独特的方法

“我们想研究细胞如何从重大打击中恢复过来，”共同作者，特拉华大学化学与生物分子工程百年教授Maciek R. Antoniewicz说。

UD研究生工程专业的学生Christopher Long和Jacqueline Gonzalez与Antoniewicz共同撰写了这篇论文。

为此，该团队汇总了两种通常不同时使用的实验方法：全基因组测序和代谢通量分析。

“本文的一个新颖之处在于，我们使用了两种互补的方法来阐明这些细胞是如何进化的，”Antoniewicz说。“这是两种方法首次结合使用，以确定基因型和表型之间的联系。”

在加州大学圣地亚哥分校，生物工程副项目科学家Adam Feist和Galletti生物工程教授Bernhard Palsson对10种大肠杆菌进行了修饰，然后进化出来。他们敲除了细菌细胞利用磷酸葡萄糖异构酶的能力，磷酸异构酶是一种在葡萄糖(糖)代谢中起关键作用的酶。抢夺磷酸葡萄糖异构酶的大肠杆菌细胞类似于使它们挨饿，使它们的生长发育迟缓80%。

然而，随着这些大肠杆菌细胞的进化和繁殖，它们最终恢复了46%至71%的生长速度。

研究小组随后使用基因组分析和通量分析来确定细胞如何突变并适应恢复。Antoniewicz是通量分析领域的领先专家，因此这些实验发生在特拉华大学。

Antoniewicz，Long和Gonzalez在基因sthA，pntAB和crr中发现了三个突变，帮助大肠杆菌细胞恢复生长。这些突变有助于细胞加速由于缺乏磷酸葡萄糖异构酶而受到阻碍的代谢步骤。

“令人着迷的是，你可以摆脱葡萄糖代谢中最重要的基因之一，细胞就能恢复，”Antoniewicz说。“这证明了生物系统具有很大的灵活性。”

然而，这种适应性是一种祝福和诅咒，就像抗生素抗性细菌一样。

“细胞灵活灵活，”他说。“如果你想阻止他们成长，使用单一目标可能还不够。”

接下来，该团队正在研究一组具有不同特征的新大肠杆菌菌株。

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